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1、第四章 食品的脱水加工,概述 第一节 食品干藏原理 第二节 食品干制的基本原理 第三节 干制对食品品质的影响 第四节 食品的干制方法 第五节 干制品的包装和贮藏,概述,1 食品的脱水加工（ dehydration） 从食品中去除水分，在该条件不导致或几乎不导致食品性质的其它变化（除水分外），是一种用于长期保藏食品的极其重要的食品加工操作。 浓缩(concentration)产品是液态，其中水分含量较高。 干燥(drying)产品是固体，最终水分含量低。,2 食品脱水加工的方法,在常温下或真空下加热让水分蒸发，依据食品组分的蒸汽压不同而分离； 依据分子大小不同，用膜来分离水分，如渗透、反渗透、超
2、滤； 本章中讨论的是通过热脱水的方法。,3 食品干燥保藏,指在自然条件或人工控制条件下，使食品中的水分降低到足以防止腐败变质的水平后并始终保持低水分进行长期贮藏的方法。 干燥食品可延长保藏期，是一种最古老的食品保藏方法。 食品脱水干制后，延长了保藏期，从而延长了食品的供应季节，平衡产销高峰，交流各地特产，贮备供救急、救灾和战备的物资。 是从自然界各种现象中认识和从实践中得到的，如稻谷、 麦子、玉米、水果蔬菜等。,4 食品干藏的历史,我国北魏在齐民要术一书中记载用阴干加工肉脯的方法。 在本草纲目中，用晒干制桃干的方法。 大批量生产的干制方法是在1875年，将片状蔬菜堆放在室内，通入40热空气进行
3、干燥，这就是早期的干燥保藏方法，差不多与罐头食品生产技术同时出现。 许多著名的土特产如红枣、柿饼、葡萄干、金花菜、香菇、笋干等。,5 食品干藏的特点,设备简单、 生产费用低、因陋就简； 重量减轻、体积变小，节省包装、贮藏和运输费用，带来了方便性； 如：果汁（12左右）浓缩果汁（70以上）； 牛奶奶粉（重量变为原来的1/8左右）。 食品可增香、变脆； 如：炒芝麻、烤肉、烤面包。 食品的色泽、复水性有一定的差异。 如：干制蔬菜。,6 脱水加工技术的进展,除热空气干燥还在应用外，目前还发展了红外线、微波及真空升华干燥、 真空油炸等新技术。 提高干燥速度； 提高干制品的质量（品质）。 发展成为食品加工
4、中的一种重要保藏方法 如速溶咖啡、豆奶粉、 油炸方便面、 果蔬脆片,第一节 食品干藏原理,长期以来人们已经知道食品的腐败变质与食品中水分含量（M）具有一定的关系。 M 表示以干基计 ， 也有用湿基计m 但仅仅知道食品中的水分含量还不能足以预言食品的稳定性。 如：花生油 M 0.6时 变质 淀粉 M 20 不易变质,还有一些食品具有相同水分含量，但腐败变质的情况是明显不同的，如鲜肉与咸肉、鲜菜与咸菜水分含量相差不多，但保藏状况却不同，这就存在一个水能否被微生物、酶或化学反应所利用的问题； 这是与水在食品中的存在状态有关。,食品中水分存在的形式,自由水（或游离水） 是指组织细胞中容易结冰，也能溶解
5、溶质的这部分水。大致分为滞化水（Immobilized water）、毛细管水（Capillary water）和自由流动水（Fluidal water）三种类型。 结合水（或被束缚水 ） 不易结冰（40），不能作为溶剂 ） P161162 化学结合水：按严格的数量比例，牢固地同固体间架结合的水； 物理化学结合水：包括吸附结合水、结构结合水及渗透压结合水 机械结合水：毛细管？,游离水和结合水可用水分子的逃逸趋势（逸度）来反映，我们把食品中水的逸度与纯水的逸度之比称为水分活度（water activity) AW,1. 水分活度,f 食品中水的逸度 Aw = f0 纯水的逸度 我们把食品中水的逸
6、度和纯水的逸度之比称为水分活度。 水分逃逸的趋势通常可以近似地用水的蒸汽压来表示，在低压或室温时，f/f0 和P/P0之差非常小（1%），故用P/P0来定义AW是合理的。,(1) 定义,Aw = P/P0 其中 P：食品中水的蒸汽分压； P0：纯水的蒸汽压（相同温度下纯水的饱和蒸汽压）。,(2) 水分活度大小的影响因素,取决于水存在的量； 温度； 水中溶质的浓度； 食品成分； 水与非水部分结合的强度； 不同食品中水分含量和水分活度是不同的。,表2-1 常见食品中水分含量与水分活度的关系,0 -10 -20 -50,(3）测量,利用平衡相对湿度的概念 P 164-165 数值上 aW=相对湿度/
7、100 ，但两者的含义不同 水分活度仪 对单一溶质，可测定溶液的冰点来计算溶质的mol数 具体方法参考 Food engineering properties M.M.A.Mao,2. 水分活度对食品的影响,大多数情况下，食品的稳定性（腐败、酶解、化学反应等）与水分活度是紧密相关的。 （1）水分活度与微生物生长、酶以及化学反应的关系 食品的腐败变质通常是由微生物作用和生物化学反应造成的，任何微生物进行生长繁殖以及多数生物化学反应都需要以水作为溶剂或介质。 干藏就是通过对食品中水分的脱除，进而降低食品的水分活度，从而限制微生物活动、酶的活力以及化学反应的进行，达到长期保藏的目的。,大多数新鲜食品
8、的水分活度在0.99以上，适合各种微生物生长。大多数重要的食品腐败细菌所需的最低aw都在0.9以上，肉毒杆菌在低于0.95就不能生长。只有当水分活度降到0.75以下，食品的腐败变质才显著减慢；若将水分降到0.65，能生长的微生物极少。一般认为，水分活度降到0.7以下物料才能在室温下进行较长时间的贮存。,水分活度和微生物生长活动的关系,食品中水分活度与微生物生长,低水分活度微生物生长受抑制。水分活度较高的情况下微生物繁殖迅速，,水分活度对细菌生长及毒素的产生的影响,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,Aw,在水分活度0.9左右霉菌生长最旺盛。,水分活度对霉菌生长的影响,0.2,0.4,0.6
9、,0.8,Aw,呈倒S型，开始随水分活度增大上升迅速，到0.3左右后变得比较平缓，当水分活度上升到0.6以后，随水分活度的增大而迅速提高。,水分活度对酶活力的影响,0.2,0.4,0.6,Aw,0.8,在极低水分活度下，水的加入明显干扰了氧化反应的进行，这部分水被认为能结合氢过氧化物，干扰了它们呢的分解，于是阻碍了氧化的进行。另外这部分水能同催化氧化的金属离子发生水化作用，从而显著地降低了金属离子的催化效力。当水分超过与的边界时，氧化速度增加。认为加入的水增加了氧的溶解度和使大分子溶胀，暴露更多的催化部位，从而加速了氧化。,水分活度对氧化反应的影响,0.2,0.4,0.6,0.8,Aw,水分活
10、度对褐变反应的影响,（2）干制对微生物的影响,干制后食品和微生物同时脱水，微生物所处环境水分活度不适于微生物生长，微生物就长期处于休眠状态，环境条件一旦适宜，又会重新吸湿恢复活动。 干制并不能将微生物全部杀死，只能抑制其活动，但保藏过程中微生物总数会稳步下降。 由于病原菌能忍受不良环境，应在干制前设法将其杀灭。,（3）干制对酶的影响,水分减少时，酶的活性也就下降，然而酶和底物同时增浓。在低水分干制品中酶仍会缓慢活动，只有在水分降低到1%以下时，酶的活性才会完全消失。 酶在湿热条件下易钝化，为了控制干制品中酶的活动，就有必要在干制前对食品进行湿热或化学钝化处理，以达到酶失去活性为度。,（4）对食
11、品干制的基本要求,干制的食品原料应微生物污染少，品质高。 应在清洁卫生的环境中加工处理，并防止灰尘以及虫、鼠等侵袭。 干制前通常需热处理灭酶或化学处理破坏酶活并降低微生物污染量。有时需巴氏杀菌以杀死病原菌或寄生虫。,3 食品中水分含量（M）与 水分活度之间的关系,食品中水分含量（M）与水分活度之间的关系曲线称为该食品的吸附等温线 水分吸附等温线，BET吸附等温线 单层水分、多层水分、自由水或体相水 温度对水分吸附等温线的影响 见P163 图1-3-1和2 食品水分的吸附和解吸等温线 滞后圈，复水结合力减弱,（）多层水，主要通过水-水和水-溶质氢键同相邻分子缔合，可溶性组分的溶液，大部分多层水在
12、-40不结冰,（）自由水或体相水，是食品中结合的最弱，流动性最大的水，主要是在细胞体系或凝胶中被毛细管液面表面张力或被物理性截留的水，这种水很易通过干燥除去或易结冰，可作为溶剂，容易被酶和微生物利用，食品容易腐败,（）单分子层水，不能被冰冻，不能干燥除去。水被牢固地吸附着，它通过水-离子或水-偶极相互作用被吸附到食品可接近的极性部位如多糖的羟基、羰基、NH2，氢键，当所有的部位都被吸附水所占有时，此时的水分含量被称为单层水分含量,不同食品吸附等温曲线形状不同； 同一原料随着温度的升高吸附等温曲线抬升； 相同水分活度，水分含量随温度降低增大。,滞后现象的几种解释 （1）这种现象是由于多孔食品中毛
13、细管力所引起的，即表面张力在干燥过程中起到在孔中持水的作用，产生稍高的水分含量。（2）另一种假设是在获得水或失去水时，体积膨胀或收缩引起吸收曲线中这种可见的滞后现象。,？,解吸：（desorption）干燥过程 吸附：（sorption） 复水过程,WHC,思考题,1 水分活度的概念 2 食品中水分含量和水分活度有什么关系？说明原因 3 水分活度对微生物、酶及其它反应有什么影响？ 4 简述食品干制机制,第二节 食品干制的基本原理,干制机制（湿热的转移） 干制过程的特性 影响干制的因素 合理选用干制工艺条件,一、干制机制,Food H2O,（2）温度梯度T 食品在热空气中，食品表面受热高于它的中
14、心，因而在物料内部会建立一定的温度差，即温度梯度。温度梯度将促使水分（无论是液态还是气态）从高温向低温处转移。这种现象称为导湿温性。,表面水分扩散到空气中,内部水分转移到表面,（1）水分梯度M 干制过程中潮湿食品表面水分受热后首先有液态转化为气态，即水分蒸发，而后，水蒸气从食品表面向周围介质扩散，此时表面湿含量比物料中心的湿含量低，出现水分含量的差异，即存在水分梯度。水分扩散一般总是从高水分处向低水分处扩散，亦即是从内部不断向表面方向移动。这种水分迁移现象称为导湿性。,M,M- M,T,T- T,1. 导湿性,（1） 水分梯度 若用M 表示等湿面湿含量或水分含量（kg/kg干物质），则沿法线方
15、向相距n的另一等湿面上的湿含量为M+ M ，那么物体内的水分梯度grad M 则为： gradM= lim （ M /n）= M / n n0 M 物体内的湿含量，即每千克干物质内的水分含量（千克） n 物料内等湿面间的垂直距离（米）,n,grad M,I,图 湿度梯度影响下水分的流向,M+ M,M,导湿性引起的水分转移量可按照下述公式求得： i水= -K0（ M/ n）= -K 0 M（千克/米2小时） 其中： i水 物料内水分转移量，单位时间内单位面积 上的水分转移量（kg干物质/ 米2小时） K 导湿系数（米小时） 0 单位潮湿物料容积内绝对干物质重量 （kg干物质/米3 ） M 物料水
16、分（kg/kg干物质） 水分转移的方向与水分梯度的方向相反，所以式中带负 号。,需要注意的一点是：,导湿系数在干燥过程中并非稳定不变的，它随着物料温度和水分而异。,（2）物料水分与导湿系数间的关系,A. K值的变化比较复杂。当物料处于恒率干燥阶段时，排除的水分基本上为渗透水分，以液体状态转移，导湿系数稳定不变（ED段）；再进一步排除毛细管水分时，水分以液体状态和以蒸汽状态转移，导湿系数下降（DC段）；再进一步排除的水分则为吸附水分，基本上以蒸汽状态扩散转移，先为多分子层水分，后为单分子层水分。因结合力强，故K先上升后下降（CA段）,导湿系数K（m2/h）,物料水分M（kg/kg绝干物质）,A,C,D,E,图物料水分和导湿系数间的关系 吸附水分 毛细管水分 渗
